CN110137190A - 光电转换设备和装置 - Google Patents

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Abstract

提供光电转换设备和装置。光电转换设备包括：半导体层，其具有正面和背面并且在所述正面与所述背面之间设置有多个光电转换部；配线结构，其配置于所述半导体层的所述正面侧；分离部，其配置在多个所述光电转换部之间并且由与所述背面连续的沟槽形成；第一遮光部，其以与所述分离部重叠的方式在所述背面侧配置在所述半导体层的上方；以及第二遮光部，其以隔着配置在多个所述光电转换部中的至少一个光电转换部上方的区域面向所述第一遮光部的方式在所述背面侧配置在所述半导体层的上方。

Description

光电转换设备和装置
技术领域
本发明涉及光电转换设备的遮光结构、光电转换设备以及使用光电转换设备的装置(equipment)。
背景技术
在背面照射型光电转换设备中，沟槽型(trench-type)分离部形成于半导体层的背面侧和/或遮光构件布置于半导体层的背面以减少像素之间的串扰(crosstalk)。日本特开2017-55127号公报公开了一种结构，其中设置有沟槽型元件分离部和遮光膜两者。
发明内容
进入遮光构件与沟槽型分离部之间的光能够引起串扰。本发明涉及能够减少串扰的光电转换设备。
根据本发明的一个方面，光电转换设备包括：半导体层，其具有正面和背面并且在所述正面与所述背面之间设置有多个光电转换部；配线结构，其配置于所述半导体层的所述正面侧；分离部，其配置在多个所述光电转换部之间并且由与所述背面连续的沟槽形成；第一遮光部，其以与所述分离部重叠的方式在所述背面侧配置在所述半导体层的上方；以及第二遮光部，其以隔着配置在多个所述光电转换部中的至少一个光电转换部上方的区域面向所述第一遮光部的方式在所述背面侧配置在所述半导体层的上方，其中，所述第一遮光部的定位成面向所述第二遮光部的表面具有位于所述半导体层所在侧的第一边缘，所述第二遮光部的配置成面对所述第一遮光部的表面具有位于所述第二遮光部的在所述半导体层所在侧的相反侧的第二边缘，处于所述背面与所述分离部的配置为靠近所述光电转换部侧的侧面之间的边界位于所述第一遮光部的下方，并且满足H/D＞(W+L)/L，其中，W是在沿着所述半导体层的所述背面的第一方向上的、在所述第一边缘与所述第二边缘之间的距离，L是在所述第一方向上的、所述第一边缘与所述边界之间的距离，H是在从所述半导体层的所述正面朝向所述背面的第二方向上的、所述背面与所述第二边缘之间的距离，以及D是在所述第二方向上的、所述第一边缘与所述边界之间的距离。
根据本发明的一个方面，光电转换设备包括：半导体层，其具有正面和背面，并且在所述背面与所述正面之间设置有多个光电转换部；配线结构，其配置于所述半导体层的所述正面侧；分离部，其配置在多个所述光电转换部之间并且由与所述背面连续的沟槽形成；第一遮光部，其以与所述分离部重叠的方式在所述背面侧配置在所述半导体层的上方；以及第二遮光部，其以隔着配置在多个所述光电转换部中的至少一个光电转换部上方的区域面向所述第一遮光部的方式在所述背面侧配置在所述半导体层的上方，其中，所述第一遮光部的配置成面向所述第二遮光部的表面具有位于所述半导体层所在侧的第一边缘，所述第二遮光部的配置成面向所述第一遮光部的表面具有位于所述第二遮光部的在所述半导体层所在侧的相反侧的第二边缘，并且
满足Wa–Wb＞Wc/2和Wa–Wb＞G–Wc，其中，Wa是在沿着所述半导体层的所述背面的第一方向上的、所述第二边缘与所述第一遮光部之间的距离，Wb是在所述第一方向上的、所述第一边缘与所述第二遮光部之间的距离，Wc是所述第一遮光部的、在位于距所述第一边缘和所述第二边缘相等距离的高度处的、在所述第一方向上的宽度，并且G是所述分离部的在如下位置处的在所述第一方向上的宽度：在该位置处，深度是所述分离部的在从所述正面到所述背面的第二方向上的长度的一半。
根据本发明的一个方面，包括如上所述的光电转换设备的装置还包括光学系统、控制设备、处理设备、机械设备、显示设备和存储设备中的至少一者，其中，所述光学系统被构造为在所述光电转换设备上形成像；所述控制设备被构造为控制所述光电转换设备；所述处理设备被构造为处理从所述光电转换设备输出的信号；基于通过所述光电转换设备获取的信息控制所述机械设备；所述显示设备被构造为显示通过所述光电转换设备获取的信息；并且所述存储设备被构造为存储通过所述光电转换设备获取的信息。
从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得明显。以下说明的本发明的各实施方式均能够单独或以多个实施方式的结合实施。另外，在必要时或者在单个实施方式中来自各实施方式的要素或特征的结合有益处时，可以结合来自不同实施方式的特征。
附图说明
图1A和图1B是示意性地示出光电转换设备的图。
图2A和图2B是示意性地示出光电转换设备的图。
图3是示意性地示出光电转换设备的图。
图4A和图4B是示意性地示出光电转换设备的图。
图5A和图5B是示意性地示出光电转换设备的图。
图6A和图6B是示意性地示出光电转换设备的图。
图7A和图7B是示意性地示出光电转换设备的图。
图8A和图8B是示意性地示出光电转换设备的图。
具体实施方式
以下将参照附图说明本发明的各示例性实施方式。在以下说明书和附图中，在多个附图中为共同的结构赋予相同的附图标记。因而，将参照多个附图说明共同的结构，并且在适当的时候将省略对赋予了相同附图标记的结构的说明。示例性实施方式的公开范围不仅包括那些在本说明书中详细说明的，而且包括那些能够从本说明书和本说明书的附图中理解的。此外，具有类似名称但被赋予了不同附图标记的结构可以使用诸如“第一结构”、“第二结构”和“第三结构”等的参考术语进行辨别。
背面照射型互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器是一种光电转换设备。这种CMOS传感器在光进入传感器的区域中不具有配线结构，因而CMOS传感器具有灵敏度改善的优点。与此同时，在小入射角度的光束进入的情况下，如果不存在阻挡具有小入射角度的光束的构件，则部分入射光束将会泄漏到透光构件或半导体层内的相邻像素，因而将会发生光学混色(optical color mixture)。为了改善该问题，有效的是采用在光进入的区域中设置遮光结构的技术，或者采用在像素之间设置沟槽分离结构的技术。在本示例性实施方式中，将在以下说明中给出遮光结构和沟槽分离结构的组合以及用于减少能够通过遮光结构与沟槽分离结构之间的间隙而发生的串扰的有利结构。
图1A是示出背面照射型光电转换设备的截面图。光电转换设备APR包括半导体层10、配线结构150、分离部31、遮光部81和遮光部82。半导体层10具有正面101和背面102。
在半导体层10中，多个光电转换部20(21、22)设置在正面101与背面102之间。包括光电转换部20的半导体层10还能够被称为光电转换层。典型地，半导体层10的材料是诸如硅的单晶半导体层、但是也可以是多晶硅或非晶硅。此外，材料不限于无机半导体材料并且可以是有机半导体材料。半导体层10包括与背面102连续的沟槽30。沟槽30配置在多个光电转换部20之间。各沟槽30的配置在光电转换部21与光电转换部22之间的部分形成分离部31。光电转换部21和22分别配置在分离部31与由沟槽30的其它部分形成的分离部32和33之间。光电转换部20典型地是光电二极管。参照半导体层10的背面102，沿着背面102的方向将被称为“X方向和Y方向”，并且从正面101朝向背面102的方向将被称为“Z方向”。X方向、Y方向和Z方向彼此正交。X方向和Y方向平行于背面102和正面101，而Z方向垂直于背面102和正面101。如图1A所示，正面101侧将被称为“下侧”，并且背面102侧将被称为“上侧”。
将说明背面102侧的结构。遮光部81和82均为遮光构件80的一部分。遮光构件80由金属、金属化合物或者黑色树脂制成。用于遮光构件80的合适金属是钨或者铝。在遮光构件80的主要成分是钨的情况下，如果遮光部81、82和83的宽度为100nm以上，则透过的光束的衰减率为-50dB以上，因而能够实现足够的遮光性能。在遮光部81、82和83的宽度为200nm以上的情况下，透过的光束的衰减率为-100dB以上，这是更期望的。遮光部81以与分离部31重叠的方式在背面102侧配置在半导体层10的上方。遮光部82以与分离部32重叠的方式在背面102侧配置在半导体层10的上方。遮光部83以与分离部33重叠的方式在背面102侧配置在半导体层10的上方。分离构件40设置在遮光构件80与半导体层10之间以使遮光构件80和半导体层10分离。分离构件40的配置在沟槽30内部的部分分别形成分离部31、32和33。
遮光部82配置成隔着透光区域71面对遮光部81，该透光区域71配置在多个光电转换部20中的至少一个光电转换部21上方。类似地，遮光部83配置成隔着透光区域72面对遮光部81，该透光区域72配置在多个光电转换部20中的另一光电转换部22上方。透光区域71和72是透光构件70的一部分。滤色器CF1设置于透光区域71，微透镜ML1设置于滤色器CF1，滤色器CF2设置于透光区域72，微透镜ML2设置于滤色器CF2。
接下来，将说明正面101侧的结构。包括栅电极110的晶体管设置于半导体层10的正面101侧。配线结构150设置于半导体层10的正面101侧。配线结构150具有多层配线结构，该多层配线结构包括绝缘构件120和多个配线层130和140，其中绝缘构件120包括多个层间绝缘膜。
图1B是示意性地示出包括光电转换设备APR的装置EQP的框图。整个光电转换设备APR或部分光电转换设备APR是半导体器件IC。在本示例性实施方式中光电转换设备APR能够被用作例如图像传感器、自动调焦(AF)传感器、照度传感器或者距离测量传感器。装置EQP的半导体器件IC包括像素区域PX，在像素区域PX中，包括光电转换部20的像素回路PXC以矩阵形式排列。半导体器件IC能够包括绕着像素区域PX的周边区域PR。在周边区域PR中，能够配置除了像素回路PXC以外的回路。除了半导体器件IC以外，光电转换设备APR能够包括用于存储半导体器件IC的封装PKG。装置EQP还能够包括至少一个光学系统OPT、控制设备CTRL、处理设备PRCS、显示设备DSPL、存储设备MMRY和机械设备MCHN。将在以下说明装置EQP的细节。
将参照图2A、图2B和图3说明第一示例性实施方式。图2A是包括四个像素的光电转换部20的平面图。图1A和图2B是沿着图2A中的线X1-X2截取的截面图。如在图2A中显而易见的，遮光构件80呈格子形式(lattice form)，并且通过遮光构件80的开口限定透光区域71和72。图2A示出遮光构件80和沟槽30如何重叠。
将参照图2B详细说明遮光部81和82之间的位置关系。遮光部81包括侧表面810，侧表面810是位于透光区域71侧的表面。侧表面810的位于半导体层10侧(下侧)的边缘是下边缘811。侧表面810的位于半导体层10侧(下侧)的相反侧(上侧)的边缘是上边缘812。遮光部82包括侧表面820，侧表面820是位于透光区域71侧的表面。侧表面820的位于半导体层10侧(下侧)的边缘是下边缘821。侧表面820的位于半导体层10侧(下侧)的相反侧(上侧)的边缘是上边缘822。
在X方向上，下边缘811与上边缘822之间的距离将被称为“距离W”。尽管下边缘811和上边缘822位于Z方向上不同的位置处，但是在X方向上两个边缘之间的距离仅关注X方向分量。在X方向上，上边缘812与遮光部82(上边缘822)之间的距离将被称为“距离Wa”。在X方向上，下边缘811和遮光部82(下边缘821)之间的距离将被称为“距离Wb”。在到下边缘811和上边缘812相等距离的高度处，遮光部81在X方向上的宽度将被称为“宽度Wc”。在Z方向上，下边缘821与上边缘822之间的距离将被称为“距离T”。在Z方向上，下边缘811与上边缘812之间的距离也是距离T。距离T对应于遮光构件80(遮光部81和82)的厚度。宽度Wc是在遮光部81的厚度变为一半(T/2)的位置处的遮光部81的宽度。下边缘811和821与背面102之间的Z方向上的距离将被称为“距离D”。距离D对应于下边缘811和821距背面102的高度。距离D和T的总和将被称为“距离H“(D+T＝H)。距离H对应于上边缘812和822距背面102的高度。
在图2B中，连接下边缘811和上边缘822的直线由单点划线表示。单点划线与背面102形成角度α。如在图2B中明显的，tanα＝T/W。
分离构件40能够包括介电膜50和绝缘膜60。介电膜50设置在绝缘膜60与半导体层10之间。介电膜50可以是诸如氧化铝膜或氧化铪膜的金属氧化物膜。典型的介电膜50比绝缘膜60薄。覆盖背面102的介电膜50可以是抗反射膜。绝缘膜60可以是用于改善背面102侧的平坦度的平坦化膜(flattening film)，或者是用于使遮光构件80和半导体层10绝缘的绝缘膜。介电膜50和绝缘膜60均在未示出的位置包括开口部，并且遮光构件80(遮光部81、82、83)在未示出的位置通过开口部电连接到半导体层10。以该方式，为遮光构件80供给预定的电势以防止遮光构件80的电势变为浮动状态(floating state)。
将参照图3详细说明遮光部81与分离部31之间的位置关系。在图3中，示意性地示出图2B中表示的距离H、T、D。在图3中，也示出了图2B中表示的单点划线。
配置有分离部31的沟槽30包括位于光电转换部21侧的侧表面301和位于光电转换部22侧的侧表面302。背面102与沟槽30的位于光电转换部21侧的侧表面301之间的边界131位于遮光部81下方。在X方向上，下边缘811与边界131之间的距离将被称为“距离L”。在Z方向上，下边缘811和边界131之间的距离将被称为“距离D”。下边缘811和边界131在Z方向和X方向上均位于不同的位置处。然而，X方向上的下边缘811和边界131之间的距离仅关注X方向分量，并且Z方向上的下边缘811和边界131之间的距离仅关注Z方向分量。分离部31的Z方向上的长度将被称为“长度F”。长度F对应于沟槽30的深度。在分离部31延伸到正面101的情况下，分离部31的长度F(沟槽30的深度)与半导体层10的厚度相等并且与正面101和背面102之间的距离相等。期望的是，长度F不短于半导体层10的厚度的四分之一。在深度为分离部31的长度F(沟槽30的深度)的1/2的位置处，分离部31的X方向上的宽度将被称为“宽度G”。换言之，宽度G是分离部31在沟槽30向下的途中的X方向上的宽度。具有宽度G的位置的深度是从边界131到具有宽度G的位置的Z方向上的距离。
背面102以及沟槽30的侧表面301和302被分离构件40中包括的介电膜50覆盖。介电膜50还覆盖边界131。介电膜50可以是具有如下作用的电荷固定膜：通过在半导体层10的背面102和沟槽30的侧表面301、302附近固定电荷来抑制暗电流(dark current)。介电膜50可以仅覆盖背面102和沟槽30的侧表面301、302中的一方。
在图3中，用双点划线表示连接下边缘811和边界131的直线。该双点划线与背面102形成角度β。如在图3中明显的，tanβ＝D/L。
假设从透光区域71的相反侧进入遮光部82的光束沿着成预定角度的长虚线B。长虚线B是连接上边缘822和边界131的线。长虚线B与背面102形成角度γ。
假设不存在遮光部81的示例情况。掠过上边缘822并且以比角度γ大的角度进入的光束不进入沟槽30、而是进入光电转换部21上方的背面102。掠过上边缘822并且以比角度γ小的角度进入的光束进入沟槽30。进入沟槽30的光束变为诸如光电转换中的串扰等的光学噪声源，因而需要被尽可能地减少。为了减少这种光，下边缘811需要位于长虚线B的下方。下边缘811位于长虚线B的下方的状态对应于满足α＞β或γ＞β的状态。这在图3中可以从几何上理解。
研究了α＞β的情况。如果α＞β，则tanα＞tanβ。如上所述，由于tanα＝T/W并且tanβ＝D/L，所以T/W＞D/L。由于H＝T+D，T＝H–D，所以这被替换为T/W＞D/L，并且所获得的结果变型。因此，获得了H/D＞(W+L)/L。
研究了γ＞β的情况。如果γ＞β，则tanγ＞tanβ。由于tanγ＝H/(L+W)并且tanβ＝D/L，所以H/(L+W)＞D/L。变型并获得H/D＞(W+L)/L。
如上所述，如果满足H/D＞(W+L)/L，则防止光进入沟槽30。由于分母不为零，所以上述公式在D＞0和L＞0的情况下成立。即使D＝0，表示为L/(W+L)＞D/H的公式在L＞0的情况下也能够成立。
增加距离L的结果是限制光进入光电转换部20、因而能够引起灵敏度的降低。然而，如果距离L充分小于对应于实质开口宽度的距离W，则限制了距离L对灵敏度降低的影响。更具体地，期望满足L＜0.4×W。
为了满足H/D＞(W+L)/L，有效的是减小距离D并且增加距离L，使得有效地满足D＜L。然而，增加距离L引起了灵敏度的降低，所以在距离L对灵敏度降低的影响显著的情况(例如，距离W为2μm以下的情况)下，期望满足L＜D。
对应于距离L的部分是半导体层10，其为能够进行光电转换的区域。另一方面，沟槽30(分离部31)是不能进行光电转换的区域。因而，就距离L和宽度G的比较而言，期望满足G/2＜L，并且更期望满足G＜L以便改善灵敏度。
减小距离D以便防止小入射角度的光束在遮光部81与分离部31之间穿过。能够通过减小介电膜50和/或绝缘膜60的尺寸来减小距离D。在使介电膜50和/或绝缘膜60变薄的情况下，半导体层10在形成遮光构件80时可能被损坏，并且更容易产生诸如暗电流等的噪声。期望的是，在沟槽30的侧表面301和302形成具有足够厚度的介电膜50和绝缘膜60。因此，期望沟槽30的宽度G比位于背面102的介电膜50和绝缘膜60的膜厚度总和大两倍以上。如果将距离D近似地表示为介电膜50和绝缘膜60的膜厚度总和，则获得G＞2×D。换言之，D＜G/2。如果介电膜50被形成为比绝缘膜60薄，则也能够获得D＜G。
在图2B示出的示例中，侧表面810和820是倾斜的。因而，Wa–Wb＞0。为了满足L/(W+L)＞D/H，Wa–Wb≤0也是可以允许的。然而，为了使透光区域71的入口变宽以增加在减小光学噪声时的灵敏度，期望满足Wa–Wb＞Wc/2。这表示透光区域71的入口和出口的尺寸显著大于遮光部81的宽度Wc。此外，Wa＞Wc也是可以允许的。
此外，为了根据情况通过遮光部81为分离部31遮蔽光，期望满足Wa–Wb＞G–Wc。这表示遮光部81的下表面显著大于分离部31的宽度G。
通过减少宽度Wc改善了灵敏度，所以还期望满足Wc＜G。此外，还通过不过度增加宽度G来改善灵敏度，所以还期望满足G＜3×Wc/2。还期望满足Wc＜G和G＜3×Wc/2中的至少一者。G＜3×Wc/2是在Wa–Wb＞G–Wc的右侧与Wa–Wb＞Wc/2的右侧之间的关系中满足Wc/2＞G–Wc的条件。这表示期望宽度G和Wc之间的差小于宽度Wc的一半，并且期望宽度Wc和G小且彼此接近。因此，为了改善灵敏度，期望满足Wc＜G＜3×Wc/2。
上述各尺寸的示例如下。距离W为例如500nm至5μm。距离L为例如100nm至1μm。距离D为例如50nm至500nm。距离T为例如100nm至5μm。宽度Wc为例如100nm至1μm。
将参照图4A和图4B说明第二示例性实施方式。图4B是沿着图4A中表示的线X3-X4截取的截面图。省略了可能与其它示例性实施方式中的部件类似的部件的说明，并且以下将主要说明与其它示例性实施方式中不同的点。
第二示例性实施方式使用适合于满足上述关系H/D＞(W+L)/L、Wa–Wb＞Wc/2和Wa–Wb＞G–Wc中的至少一者的遮光构件80。遮光构件80(遮光部81、82和83)从半导体层10侧起依次包括下部801、中部802和上部803。下部801的宽度小于中部802的宽度和上部803的宽度，从而获得适合使距离L增加的形状。下部801的厚度充分小于上部803和中部802的总厚度以及上部803和中部802各自的厚度，从而使透光区域71变宽，使得灵敏度被改善。下部801的宽度小于上部803和中部802的总厚度。下部801的宽度小于上部803和中部802各自的厚度。此外，中部802的宽度与上部803的宽度接近，从而获得适合于使中部802的宽度Wc减小的形状。尽管在本示例性实施方式中由下部801的上表面以及中部802和上部803的侧表面形成的角度是90度，但该角度可以是大约45度至大约135度。在该结构中，通过改变遮光构件80的上部803的宽度和中部802的宽度，距离L可以独立于宽度W、Wa和Wc地改变。这里将研究增加距离L的情况。在遮光部81是梯形的情况下，为了增加距离L，需要增加遮光部81的整个宽度(例如，宽度Wc)，并且在像素节距不改变的情况下，减少宽度W和Wa。因而，入射光通过遮光构件80的开口的比例下降，因而灵敏度降低。相反，在本示例性实施方式中，下部801的宽度在上部803的宽度和中部802的宽度减小的情况下增加。
在遮光部81和82之间设置有层间透镜91，在遮光部81和83之间设置有层间透镜92。形成层间透镜91和92的层间透镜构件90能够包括氮化硅层902、设置在氮化硅层902下方的抗反射层901以及设置在氮化硅层902上的抗反射层903。层间透镜91和92分别设置在光电转换部21和22上方并且分别将入射光会聚到光电转换部21和22的中心。尽管宽度Wb小于宽度Wa，但是由于入射光通过层间透镜91和92会聚，所以灵敏度几乎不会降低。
将参照图5A和图5B说明作为第二示例性实施方式的变型例的第三示例性实施方式。在本示例性实施方式中，基于主光束的入射角度使下部801、中部802、上部803和层间透镜91、92的平面位置从光电转换部21和22偏移。因而，透光区域71中的在X方向上距遮光部81的上边缘812的距离为Wa/2的位置不与透光区域71中的在X方向上距下边缘811的距离为Wb/2的位置重叠。以该方式，主光束被遮光构件80遮蔽，从而防止灵敏度降低。
在包括大图像拍摄区域的光电转换设备中，图像拍摄区域的中央部与周边部之间的入射角度差有时大。在该情况下，即使均匀的光施加到图像拍摄区域的整个表面，在图像拍摄区域的中央部与周边部之间的像素输出也会不同(产生阴影)。相反，在本示例性实施方式中说明的结构能够减少阴影。
将参照图6A和图6B说明作为第二示例性实施方式的变型例的第四示例性实施方式。通过遮光构件80形成遮光部81和82。遮光构件80(下部801)包括开口86和87。开口86围绕透光区域71。开口87配置在多个光电转换部20中的另一光电转换部22的上方。开口86的面积与开口87的面积不同。在本示例性实施方式中，右下像素的开口87的面积小于开口86的面积。光电转换部22的上方的遮光部81和83的下边缘之间的距离Wb’小于遮光部81和82的下边缘之间的距离Wb(Wb’＜Wb)。另一方面，光电转换部22上方的遮光部81和83的上边缘之间的距离Wa’与遮光部81和82的下边缘之间的距离Wa相等(Wa’＝Wa)。距离Wa和Wa’可以不同，但是期望距离Wa和Wa’之间的差小于距离Wb和Wb’之间的差(Wa–Wa’＜Wb–Wb’)。在图6A和图6B中，右下像素的遮光构件80的开口小，并且在均匀的光进入的情况下，右下像素的输出小于其它像素的输出。在该结构中，右下像素与其它像素之间的灵敏度比例是可以调节的。例如，对于各像素颜色，可以通过改变用于各像素颜色的开口形状来调节彩色比(color ratio)。另外，可以通过使中央和周边处的开口形状改变为彼此不同来校正阴影。
将参照图7A和图7B说明作为第二示例性实施方式的变型例的第五示例性实施方式。至少两个光电转换部211和212位于遮光部81和82之间的透光区域71的下方。各像素均设置有多个光电转换部，从而能够通过使用光瞳分割(pupil division)和焦点检测的相位差检测方法来进行距离测量。可选地，各像素均能够设置有不同特性的多个光电转换部，从而增加光电转换的动态范围。沟槽30位于光电转换部211和212之间，并且在光电转换部211和212之间的沟槽30中设置了用于像素中的分离的分离部34。类似地，在光电转换部221和222之间的沟槽30中设置了用于像素中的分离的分离部35。分离部34和35被用作用于像素中的分离的分离部，而分离部31、32和33被用作用于像素之间的分离的分离部。设置用于像素中的分离的分离部34和35以减少光电转换部211和212之间的串扰或者光电转换部221和222之间的串扰，因而改善了分离精度。
将参照图8A和图8B说明作为第二示例性实施方式的变型例的第六示例性实施方式。在第五示例性实施方式中，与背面102连续并且宽度比分离部31和32的宽度小的沟槽30设置在两个光电转换部211和212之间。在具有小宽度的沟槽30中，设置有宽度小于分离部31和32的宽度的分离部34。此外，与背面102连续并且深度比分离部31和33的深度小的沟槽30设置在两个光电转换部221和222之间。在具有小深度的沟槽30中，设置有深度小于分离部31和33的深度的分离部35。使用于像素中的分离的分离部34和35的宽度和深度小于用于像素之间的分离的分离部31、32和33的宽度和深度，从而减少灵敏度的损失。像素的中央部是如下的部分：通过层间透镜91和92使入射光会聚到该部分，并且该部分显著地有助于光电转换。减少区域中沟槽30的宽度和深度，以减少被分离部34和35阻挡的光束，因而改善了灵敏度。
<包括光电转换设备的装置>
将详细说明在图1B中示出的装置EQP。光电转换设备APR可以具有如下结构(芯片层叠(chip-layered)结构)：在该结构中，设置有多个光电转换部的第一半导体芯片和设置有周边回路的第二半导体芯片是层叠的。第二半导体芯片的各周边回路可以是与第一半导体芯片的像素列对应的列回路。此外，第二半导体芯片的各周边回路可以是与第一半导体芯片的像素或像素块对应的矩阵回路。通过贯通电极(硅通孔(TSV))、直接结合诸如铜等的导体的芯片之间的配线、芯片之间的微凸块(micro-bump)、配线结合使第一半导体芯片和第二半导体芯片连接。
除了半导体器件IC之外，光电转换设备APR能够包括被构造为存储半导体器件IC的封装PKG。封装PKG能够包括：基板，半导体器件IC固定于基板；盖，其由例如面向半导体器件IC的玻璃制成；以及连接构件，诸如被构造为连接设置于基板的端子和设置于半导体器件IC的端子的结合配线或凸块。
装置EQP还能够包括至少一个光学系统OPT、控制设备CTRL、处理设备PRCS、显示设备DSPL和存储设备MMRY。光学系统OPT将像形成于作为光电转换设备的光电转换设备APR，并且例如为透镜、快门和镜。控制设备CTRL被构造为控制光电转换设备APR，并且例如为半导体器件(诸如专用集成回路(ASIC))。处理设备PRCS被构造为处理从光电转换设备APR输出的信号并且形成模拟前端(AFE)或数字前端(DFE)。处理设备PRCS是诸如中央处理单元(CPU)或ASIC的半导体器件。显示设备DSPL是被构造为显示通过光电转换设备APR获取的信息(像)的电致发光(EL)显示设备或液晶显示设备。存储设备MMRY是被构造为存储通过光电转换设备APR获取的信息(像)的磁性器件或半导体器件。存储设备MMRY是易失存储器(诸如静态随机存取存储器(SRAM)或动态随机存取存储器(DRAM))或非易失存储器(诸如闪存或硬盘驱动器)。机械设备MCHN包括诸如马达或引擎的可移动部或驱动部。在装置EQP中，从光电转换设备APR输出的信号显示于显示设备DSPL或通过装置EQP的通信设备(未示出)而向外部传输。因此，除了光电转换设备APR的存储回路单元和计算回路单元之外，期望装置EQP还包括存储设备MMRY和处理设备PRCS。
在图1A中示出的装置EQP可以是诸如具有图像拍摄功能的信息终端(例如，智能手机或可穿戴终端)或相机(例如，可更换镜头相机、紧凑型相机、摄像机、监控相机)的电子设备。相机中的机械设备MCHN能够驱动光学系统OPT的部件以进行变焦、调焦或快门操作。此外，装置EQP可以是诸如车辆、船舶、飞行器的输送设备(可移动输送)。此外，装置EQP可以是诸如内窥镜或计算机断层(CT)扫描仪的医疗设备。
输送设备中的机械设备MCHN能够被用作可移动设备。作为输送设备的装置EQP适合于输送光电转换设备APR、使用成像功能辅助运转(操纵)和/或进行自动化。被构造为辅助运转(操纵)和/或进行自动化的处理设备PRCS能够进行如下处理：基于通过光电转换设备APR获取的信息来操作作为可移动设备的机械设备MCHN。
在本示例性实施方式中的光电转换设备APR能够对光电转换设备APR的设计者、制造者、销售者、购买者和/或使用者提供优势。因此，如果光电转换设备APR安装于装置EQP，则装置EQP的价值也提高。因此，在本示例性实施方式中将装置EQP安装于光电转换设备APR对于提高装置EQP在制造和销售装置EQP中的价值方面是有利的。
本技术能够提供减少了串扰的光电转换设备。
能够在本发明的技术概念的范围内对上述示例性实施方式做出各种改变。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包括所有这样的变型、等同结构和功能。

Claims (20)

1.一种光电转换设备，其包括：
半导体层，其具有正面和背面并且在所述正面与所述背面之间设置有多个光电转换部；
配线结构，其配置于所述半导体层的所述正面侧；
分离部，其配置在多个所述光电转换部之间并且由与所述背面连续的沟槽形成；
第一遮光部，其以与所述分离部重叠的方式在所述背面侧配置在所述半导体层的上方；以及
第二遮光部，其以隔着配置在多个所述光电转换部中的至少一个光电转换部上方的区域面向所述第一遮光部的方式在所述背面侧配置在所述半导体层的上方，
其特征在于，所述第一遮光部的定位成面向所述第二遮光部的表面具有位于所述半导体层所在侧的第一边缘，
所述第二遮光部的配置成面对所述第一遮光部的表面具有位于所述第二遮光部的在所述半导体层所在侧的相反侧的第二边缘，处于所述背面与所述分离部的配置为靠近所述光电转换部侧的侧面之间的边界位于所述第一遮光部的下方，并且
满足H/D＞(W+L)/L，
其中，W是在沿着所述半导体层的所述背面的第一方向上的、在所述第一边缘与所述第二边缘之间的距离，
L是在所述第一方向上的、所述第一边缘与所述边界之间的距离，
H是在从所述半导体层的所述正面朝向所述背面的第二方向上的、所述背面与所述第二边缘之间的距离，以及
D是在所述第二方向上的、所述第一边缘与所述边界之间的距离。
2.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，满足L＜0.4×W。
3.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，满足D＜L。
4.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，满足D＜G，其中G是所述分离部的在如下位置处的在所述第一方向上的宽度：在该位置处，深度是所述分离部的在所述第二方向上的长度的一半。
5.根据权利要求4所述的光电转换设备，其中，满足G＜L。
6.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，
形成所述第一遮光部和所述第二遮光部的遮光构件包括具有所述第一边缘的下部和具有所述第二边缘的上部，所述下部的在所述第一方向上的宽度大于所述上部的在所述第一方向上的宽度，并且
所述下部的在所述第二方向上的厚度小于所述上部的在所述第二方向上的厚度。
7.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，所述第一遮光部和所述第二遮光部由遮光构件形成，所述遮光构件包括围绕所述区域的第一开口和位于所述多个光电转换部中的另一个光电转换部的上方的第二开口，并且所述第二开口的面积与所述第一开口的面积不同。
8.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，所述第一遮光部的宽度大于100nm。
9.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，所述第一边缘与所述边界之间的在所述第二方向上的距离是50nm至500nm。
10.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，在所述第一方向上，在所述第一遮光部与所述第二遮光部之间设置有透镜。
11.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，所述沟槽的侧表面和所述半导体层的所述背面被金属氧化物膜覆盖。
12.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，所述第二方向上的所述分离部的长度大于所述背面与所述正面之间的距离的四分之一。
13.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，在所述第一遮光部与所述背面之间设置绝缘膜，并且所述第一遮光部电连接到所述半导体层。
14.一种光电转换设备，其包括：
半导体层，其具有正面和背面，并且在所述背面与所述正面之间设置有多个光电转换部；
配线结构，其配置于所述半导体层的所述正面侧；
分离部，其配置在多个所述光电转换部之间并且由与所述背面连续的沟槽形成；
第一遮光部，其以与所述分离部重叠的方式在所述背面侧配置在所述半导体层的上方；以及
第二遮光部，其以隔着配置在多个所述光电转换部中的至少一个光电转换部上方的区域面向所述第一遮光部的方式在所述背面侧配置在所述半导体层的上方，
其特征在于，所述第一遮光部的配置成面向所述第二遮光部的表面具有位于所述半导体层所在侧的第一边缘，
所述第二遮光部的配置成面向所述第一遮光部的表面具有位于所述第二遮光部的在所述半导体层所在侧的相反侧的第二边缘，并且
满足Wa–Wb＞Wc/2和Wa–Wb＞G–Wc，
其中，Wa是在沿着所述半导体层的所述背面的第一方向上的、所述第二边缘与所述第一遮光部之间的距离，
Wb是在所述第一方向上的、所述第一边缘与所述第二遮光部之间的距离，
Wc是所述第一遮光部的、在位于距所述第一边缘和所述第二边缘相等距离的高度处的、在所述第一方向上的宽度，并且
G是所述分离部的在如下位置处的在所述第一方向上的宽度：在该位置处，深度是所述分离部的在从所述正面到所述背面的第二方向上的长度的一半。
15.根据权利要求14所述的光电转换设备，其中，满足Wc＜G和G＜3×Wc/2中的至少一者。
16.根据权利要求14所述的光电转换设备，其中，在所述区域中的在所述第一方向上距所述第二边缘的距离是Wa/2的位置不与在所述区域中的在所述第一方向上距所述第一边缘的距离是Wb/2的位置重叠。
17.根据权利要求14所述的光电转换设备，其中，所述多个光电转换部中的至少两个光电转换部位于所述第一遮光部与所述第二遮光部之间的所述区域下方。
18.根据权利要求14所述的光电转换设备，其中，在两个所述光电转换部之间设置有与所述背面连续且宽度比所述分离部的宽度小的沟槽。
19.根据权利要求14所述的光电转换设备，其中，在两个所述光电转换部之间设置有与所述背面连续且深度比所述分离部的深度小的沟槽。
20.一种包括根据权利要求1至19中任一项所述的光电转换设备的装置，其还包括光学系统、控制设备、处理设备、机械设备、显示设备和存储设备中的至少一者，其中，
所述光学系统被构造为在所述光电转换设备上形成像；
所述控制设备被构造为控制所述光电转换设备；
所述处理设备被构造为处理从所述光电转换设备输出的信号；
基于通过所述光电转换设备获取的信息控制所述机械设备；
所述显示设备被构造为显示通过所述光电转换设备获取的信息；并且
所述存储设备被构造为存储通过所述光电转换设备获取的信息。
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